基于Landweber迭代法的波束形成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信信号处理领域，更具体的涉及到一种智能天线中接收信号的波束 形成方法。
【背景技术】
[0002] 智能天线技术作为第三代及第三代以后的移动通信中的关键技术之一，具有提高 信号干扰噪声比，改善通信质量，增加系统容量，提高用户数量，提高频率利用率，减少电磁 干扰等众多优点。波束形成方法是智能天线的核心，其好坏直接决定智能天线的性能。常 规的波束形成方法包括采样矩阵求逆（SMI)方法、对角加载（DL)方法以及特征子空间投影 (ESB)方法。其中，SMI方法计算简单，不需要提前决定经验因子大小。但是这种方法对于 系统误差特别敏感，非常小的误差就会导致方法性能大幅下降，很难在实际中应用。DL方法 是对SMI方法的改进，但此方法需要提前决定一个与噪声相关的加载因子的大小，目前还 没有有效的方法计算因子的大小，一般采用经验值。当信噪比较大时，ESB方法能够表现出 很好的鲁棒性，但是当信噪比较小时，此方法性能将剧烈下降。
【发明内容】
[0003] 鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种实用性强，对系统误差不 敏感的波束形成方法，该方法利用Landweber迭代求解波束形成权值，通过简化的Godard 代价函数来决定迭代数，最后得到能够抵抗系统误差的迭代解。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0005] 基于Landweber迭代法的波束形成方法，其特征在于：
[0006] 包括如下步骤
[0007] S1、通过天线阵列接收带通通信信号，并将该通信信号解调到基带进行离散采 样；
[0008] S2、将上述离散采样数据的前N次采样数据作为训练序列，求解与所述训练序列 对应的协方差矩阵：
【主权项】
1. 一种基于Landweber迭代法的波束形成方法，其特征在于： 包括如下步骤 51、 通过天线阵列接收带通通信信号，并将该通信信号解调到基带进行离散采样； 52、 将上述离散采样数据的前N次采样数据作为训练序列，求解与所述训 练序列对应的协方差矩阵：
其中，N为所述训练序列采样个数，k为采样点x(k) e Cmxi为解调后的基带通信信号 矢量，M为对应的阵元个数，
是x(k)的共轭转置； 53、 对上述协方差矩阵及进行特征值分解，求解出迭代公式中所需要的松弛因子α ; 54、 通过Landweber迭代公式，求解出本方法所需的第m次迭代的权值w(m)，
其中J e 为M阶的单位矩阵，? e CMxl:为取决于天线形状和信号入射方向的阵 列响应矢量，i e {〇, 1，2,…，m-Ι}; 55、 将S4中得到的权值w(m)带入到代价函数G(m)并求解，其中所述的代价函数G(m)是 指.
56、 施加判断条件：判断m是否大于阈值，否则令m = m+1，再次重复步骤S4至步骤S5 ; 57、 施加判断条件结束后，求解出代价函数G(m)中基于Landweber迭代法的理想迭代 停止数，即求解出使得代价函数G(m)最小化的正则化因子m，以及对应的Landweber迭代法 的最佳权值； 58、 利用S7中求解出的Landweber迭代法的最佳权值，对后续采样数据组成的采样序 列进行波束形成操作。
2. 根据权利要求1所述的一种基于Landweber迭代法的波束形成方法，其特征在于： 所述的S3对上述协方差矩阵左进行特征值分解，求解出迭代公式中需要的松弛因子 α，包括如下步骤： 531、 首先对协方差矩阵左进行特征值分解得到
(3-1)， 其中U e Cmxm为酉阵，Λ e Cmxm为对角矩阵，UHe Cmxm^U的共轭转置矩阵； 532、 求出Λ中最大地对角元素 λ_; 533、 令 α = 〇· 5/λ·，求出 α。
3. 根据权利要求1所述的一种基于Landweber的波束形成方法，其特征在于： 所述的代价函数G(m)为简化后的Godard代价函数，其对应的简化过程为： 基于通信信号的恒模特性，若采用经典的Godard代价函数来决定正则化因子m，则其 对应的代价函数G是关于m, c, a和H2的函数，具体函数为： I
通过简化，本方法得到了只有一个变量m的函数，//〗仅仅作为一个不会影响理想迭代 停止数m的常数，如式（5-5); 同时在实际应用中，一般都采用均值来代替期望，省略常数"22，因此本方法实际使用 的简化后的Godard代价函数为： (5-6)
求出使式（5-6)最小的m,即为Landweber算法的正则化因子，式（5-6)中的Wljand对应 到本方法即为w(m)。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Landweber迭代法的波束形成方法，其包括通过基站天线将带通通信信号解调到基带后进行离散采样；使用前N个离散采样数据作为训练序列并求解对应的协方差矩阵，计算出Landweber迭代公式中的松弛因子α以及通过Landweber迭代公式求解出对应的波束形成权值w(m)；将得到的权值w(m)带入到代价函数G(m)并求解出代价函数G(m)中基于Landweber迭代法的理想迭代停止数，即求解出使得代价函数G(m)为最小化的正则化因子m，以及对应的Landweber迭代法的最佳权值；最后利用求解出的Landweber迭代法的权值，对后续采样序列进行波束形成操作。本发明利用Landweber迭代求解波束形成权值，通过简化的代价函数来决定迭代数，最后得到能够抵抗系统误差的迭代解。
【IPC分类】H04B7-06
【公开号】CN104683006
【申请号】CN201510059401
【发明人】刘文龙, 张博
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月4日